5 Автоматическая вибродуговая наплавка

Наплавка деталей вибрирующим электродом с применением охлаждающей жидкости была впервые предложена в 1948 г. Г. П. Клековкиным. Основным преимуществом этого процесса наплавки является небольшой нагрев деталей (около 100°С), малая зона термического влияния и возможность получения наплавленного металла с требуемой твердостью и износостойкостью без дополнительной термической обработки.

Деталь, подлежащая наплавке, устанавливается в патроне или центрах токарного станка. На суппорте станка монтируется наплавочная головка, состоящая из механизма подачи проволоки с кассетой, электромагнитного вибратора с мундштуком. Вибратор колеблет конец электрода с частотой переменного тока и обеспечивает замыкание и размыкание сварочной цепи. Питание установки осуществляется от источника тока напряжением 12 или 24 В. Последовательно с ним включен дроссель низкой частоты, который призван стабилизировать величину сварочного тока. Реостат служит для регулирования силы тока в цепи. В зону наплавки при помощи насоса из бака подается охлаждающая жидкость.

Сущность процесса вибродуговой наплавки заключается в периодическом замыкании и размыкании находящихся под током электродной проволоки и поверхности детали. Каждый цикл вибрации проволоки включает в себя четыре последовательно протекающих процесса: короткое замыкание, отрыв электрода от детали, электрический разряд и холостой ход. При отрыве электрода от детали на ее поверхности остается частичка приварившегося металла.

Вибродуговую наплавку применяют при восстановлении изношенных поверхностей очень широкой номенклатуры деталей. Ее используют при восстановлении деталей из стали, ковкого и серого чугуна, при наращивании изношенных наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, а также резьбовых поверхностей и шлиц. Наплавку производят с охлаждением струёй жидкости (5%-ный раствор кальцинированной соды), без охлаждения и в среде углекислого газа.

Оценивая автоматическую вибродуговую наплавку как способ восстановления изношенных поверхностей деталей, можно отметить следующие ее достоинства: небольшой нагрев деталей, не оказывающий влияние на их термообработку; небольшая зона термического влияния; достаточно высокая производительность процесса, которая по площади покрытия составляет 8... 10 см/мин.

К числу недостатков следует отнести снижение усталостной прочности деталей после наплавки на 30...40%.

6 Особенности сварки деталей из чугуна и сплавов

Сварка чугунных деталей

При изготовлении многих деталей автомобилей применяют серый и ковкий чугуны. Из серого чугуна изготавливают такие корпусные детали, как блок цилиндров, картер сцепления, картер коробки передач и др. Ковкий чугун применяют при изготовлении ступиц задних колес, картеров редукторов задних мостов и других деталей.

Характерными дефектами этих деталей являются трещины, пробоины, отколы фланцев, повреждения резьбы в отверстиях и т. п. Наиболее распространенным способом устранения этих дефектов является сварка.

Основной трудностью сварки чугуна является возможность отбеливания шва, которое происходит в результате быстрого охлаждения наплавленного металла и выгорания кремния. При быстром охлаждении углерод не успевает выделиться в виде графита и остается в химически связанном состоянии в виде цементита. Сварочный шов получается очень твердым, хрупким и не поддается обработке.

При сварке в результате местного нагрева деталей и большой усадки чугуна при охлаждении из расплавленного состояния в деталях возникают значительные внутренние напряжения. Образующиеся при сварке чугуна тугоплавкие окислы с температурой плавления около 1400 °С создают на поверхности сварочной ванночки твердую пленку, которая препятствует свободному выходу газов из расплавленного металла и, таким образом, способствует возникновению пор и раковин.

При восстановлении чугунных деталей применяют два основных способа сварки: «горячую» (с подогревом детали) и «холодную» (без подогрева).

При горячем способе сварки сначала производят механическую подготовку детали к сварке (засверливание концов трещин, разделку кромок и т. п.), а затем в специальных печах ее подогревают до температуры 550...600°С. Сварку производят ацетилено-кислородным пламенем. В качестве присадочного материала используют стержни диаметром 6... 8 мм, отлитые из серого чугуна с повышенным содержанием кремния (до 3.. .3,5%). Для защиты наплавленного металла от окисления и удаления окислов используют флюс, состоящий из 50%-ной смеси буры и двууглекислого натрия.

Горячий способ обеспечивает высокое качество сварки, однако в технологическом отношении он очень сложен и поэтому применяется сравнительно редко, главным образом для восстановления сложных корпусных деталей.

Холодный способ сварки чугуна в технологическом отношении проще и поэтому в ремонтном производстве нашел широкое применение. Наиболее часто при этом применяют ручную и полуавтоматическую электродуговую сварку стальными электродами и электродами из цветных металлов и сплавов.

При этом способе сварки рекомендуется применять электроды марки ЦЧ-4, изготовленные из сварочной проволоки св. 08 с толстым покрытием, содержащим титан.

Сварка чугуна электродами из цветных металлов менее экономична, но дает хорошие показатели с точки зрения прочности, пластичности и плотности шва. Наиболее широкое применение получили медные электроды марки 034-1 с покрытием, содержащим железный порошок и медно-никелевые электроды марки МНЧ-1 с покрытием типа УОНИ-55. Сварочный шов при этом состоит из железоникелевого сплава и обладает высокой прочностью и пластичностью.

Холодную сварку чугуна рекомендуется производить электродами диаметром 3.. .4 мм на постоянном токе обратной полярности при напряжении 20.. .25 В и силе тока 120...150 А.

Наибольшей склонностью к отбеливанию обладает ковкий чугун. Для предохранения от отбеливания сварку ковкого чугуна следует вести при более низкой температуре, чем температура распада углерода отжига (950 °С). Наиболее хорошие результаты дает применение пайки-сварки латунными электродами марок ЛОМНА-54-10-4-0, ЛОК-59-1-03 и Л-62. Пайку-сварку чугунных деталей производят ацетилено-кислородным пламенем с использованием флюса, содержащего 50% борной кислоты, 25% углекислого лития и 25% углекислого натрия. При пайке-сварке кромки деталей нагревают до 700...750 °С.

Сварка деталей из алюминиевых сплавов

Многие детали автомобилей в настоящее время изготавливают из алюминиевых сплавов типа АЛ4 и АЛ9. Это головки цилиндров, картеры сцепления, корпуса водяных насосов и другие детали. Характерными дефектами этих деталей являются трещины, отколы и другие механические повреждения, которые устраняют сваркой.

Основной особенностью сварки алюминиевых сплавов является интенсивное их окисление с образованием тугоплавких окислов с температурой плавления 2050°С, которая более чем в 3 раза превышает температуру плавления алюминия (температура плавления АЛ-4 530 – 650 градусов). Окислы алюминия имеют большой удельный вес и поэтому остаются в наплавленном металле в виде включений и снижают его прочность. Из-за большого сродства алюминия с кислородом восстановить окислы невозможно, поэтому для удаления их применяют флюсы — физические растворители типа АФ-4А, в состав которых входят: хлористый натрий — 28%, хлористый калий — 50%, хлористый литий— 14% и фтористый натрий—8%. Флюсы образуют с окислами легкоплавкие с небольшим удельным весом растворы, которые всплывают на поверхность сварочной ванны в виде шлака.

Алюминиевые сплавы в расплавленном состоянии активно растворяют водород, который при быстром охлаждении металла не успевает покинуть сварочную ванну и образует в наплавленном металле поры и раковины. Основным источником появления водорода в наплавленном металле является влага, поэтому перед сваркой детали рекомендуется прогреть, а гигроскопичный флюс просушить.

При сварке деталей из алюминиевых сплавов в них возникают значительные внутренние напряжения, которые вызывают деформации. Причинами внутренних напряжений являются большая литейная усадка при охлаждении сплава из расплавленного состояния и высокий коэффициент его линейного расширения. Для снижения внутренних напряжений рекомендуется подогреть детали перед сваркой до температуры 250...300°С и медленно охладить после сварки.

Наиболее широкое применение при восстановлении деталей из алюминиевых сплавов нашли ацетилено-кислородная газовая сварка и аргонно-дуговая сварка.

Перед сваркой деталей производят разделку кромок и очистку свариваемых поверхностей от загрязнений и окислов. Рекомендуется также обезжиривать свариваемые поверхности растворителями.

Особенности сварки деталей из цинковых сплавов

Цинковые сплавы обладают хорошими литейными качествами. Из них отливают корпуса карбюраторов, топливных насосов и т.п. Эти детали готовят к сварке также как и алюминиевые. Важна чистота детали. Деталь нагревают до 100… 150° и очищают стальной щеткой. В качестве присадочного материала используют прутки, отлитые из негодных деталей этого сплава. Точка плавления цинковых сплавов около 500°.

Лучшие результаты дает аргонно-дуговая сварка. Флюсы не требуются.

Заключение

Наиболее распространенными в ремонтном производстве способами восстановления деталей по-прежнему являются сварка и наплавка. Сварку применяют для устранения механических повреждений в деталях (трещин, отколов, пробоин и т. п.), а наплавку — для нанесения металлических покрытий на поверхности деталей с целью компенсации их износа.

При устранении механических повреждений деталей применяют электродуговую, газовую, аргонно-дуговую, в среде углекислого газа, электроконтактную и другие виды сварки.

Сварку можно производить не только стальных деталей, но и деталей изготовленных из чугуна, сплавов алюминия и цветных металлов.

Для нанесения металлических покрытий на изношенные поверхности деталей наиболее широкое применение получили следующие механизированные способы наплавки: автоматическая электродуговая наплавка под флюсом; наплавка в среде углекислого газа; вибродуговая; плазменная и электроконтактная.